CN101033183A - 用合成氨原料气中一氧化碳生产甲酸钠的新工艺 - Google Patents
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Abstract
一种用合成氨原料气中一氧化碳生产甲酸钠的新工艺，其是将合成氨原料气经除尘压缩，不经变换或经部分变换去碳化脱除二氧化碳后，经压缩至2.8～4.5Mpa，在有甲醇或没有甲醇存在下再在管式或塔式反应器中与氢氧化钠反应生成甲酸钠，最佳的反应温度在145～175℃，未参与反应的氢气和氮气经后段压缩去生产合成氨；生成的甲酸钠水溶液用传统的浓缩、离心和干燥的工艺得到甲酸钠，其甲酸钠的含量可达98％，碳酸钠含量低于于1％，该工艺既解决了传统合成氨中的脱碳方法，又可将一氧化碳转变为价值较高的甲酸钠。该方法还可用于生产甲酸钾和甲酸钙。
Description
技术领域
本发明涉及生产甲酸钠的新工艺，特别是一种用合成氨原料气中一氧化碳生产甲酸钠的新工艺，同时又是一种合成氨原料气脱碳的新方法。
背景技术
在现有的甲酸钠生产工艺中，一般使用空气煤气、黄磷尾气或电石尾气中的一氧化碳为原料合成甲酸钠。使用空气煤气中的一氧化碳为原料合成甲酸钠要消耗大量的焦炭；使用黄磷尾气或电石尾气中的一氧化碳为原料合成甲酸钠气体净化困难。而且，为了除去气体中的二氧化碳，不仅要消耗较多的碱(氢氧化钠)，而且还要消耗大量的电力将气体压缩到较高的压力，导致甲酸钠的制造成本较高。
在合成氨生产中，为了满足氨的合成需要，原料气已到得了较好的净化，而且原料气已有较高的压力。但原料气中有较多的一氧化碳，而原料气中一氧化碳对氨的合成是有害的气体。为了脱除水煤气的一氧化碳，往往将一氧化碳用价格昂贵的变换触媒转变为二氧化碳，再用氨水碳化法脱除二氧化碳，或用碳酸烯丙酯或其它方法脱除二氧化碳。特别是小型合成氨生产厂家，用液氨制氨水的方法来脱除二氧化碳，目前碳铵的价格低迷，而液氨的价格较高，以高价的液氨制得碳铵是得不偿失的事，所以小合成氨厂已面临生死存亡的选择。所以，开发小合成氨厂中的一氧化碳的利用，成为一件刻不容缓的事。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足，而提供一种以合成氨原料气中一氧化碳生产甲酸钠的新工艺，将净化原料气中的一氧化碳与氢氧化钠反应生成甲酸钠，以达到脱碳的目的，既能省去一氧化碳变换成二氧化碳的变换费用(节约蒸汽和动力消耗)，又可将水煤气中对合成氨工艺中没有用的一氧化碳转变为价值较高的甲酸钠。
本发明的技术方案是：一种用合成氨原料气中一氧化碳生产甲酸钠的新工艺，包括将合成氨原料气除尘压缩成净化原料气，不经变换或经部分变换，送至碳化工段脱除净化原料气中的二氧化碳，再压缩至2.8～4.5Mpa后，与氢氧化钠水溶液反应生成甲酸钠水溶液，分离甲酸钠水溶液后的气体压缩后用于甲醇的合成或直接进铜洗脱除剩余的一氧化碳，以达到合成氨原料气的质量要求；生成的甲酸钠水溶液用传统的浓缩、离心和干燥的工艺得到甲酸钠，其甲酸钠的含量可达98％，碳酸钠含量低于1％。
用于合成甲酸钠的净化原料气中的一氧化碳的体积浓度为5％～35％。
用于合成甲酸钠的氢氧化钠水溶液中氢氧化钠的重量浓度为8％～25％。
在一氧化碳同氢氧化钠水溶液反应生成甲酸钠的过程中，为了减少原料气中的高浓度氢气对合成甲酸钠的影响，可在配制氢氧化钠的水溶液时加入0％～5％的甲醇。
在一氧化碳同氢氧化钠水溶液反应生成甲酸钠的过程中，优选的反应温度为145～175℃。
所采用的反应器可以是管式或塔式反应器，也可以是管式和塔式反应器的有机组合。
所采用的反应器可以是逆流反应或并流反应，也可以是逆流反应和并流反应的有机结合。
该工艺也适应于生产甲酸钾和甲酸钙。
本发明专利申请的发明人进行了反复的试验，成功完成了用合成氨原料气中的一氧化碳同氢氧化钠反应制备了甲酸钠水溶液的最优工艺的筛选，从而有效地脱除了合成氨原料气中的一氧化碳，大大降低了脱碳的操作运行成本，又将水煤气中对合成氨工艺中没有用的一氧化碳转变为价值较高的甲酸钠，并采用可行的方法排除了原料气中高浓度氢气对合成甲酸钠的影响，既是一种合成氨脱碳的新工艺，又是一种合成甲酸钠的廉价方法。与传统的以焦碳制一氧化碳或黄磷(电石)尾气中的一氧化碳法制甲酸钠比较，省去了原料气净化和压缩等费用，每吨甲酸钠可节约400～500元原料和运行费用，具有极大的经济效益和社会效益。
附表：合成氨联产甲酸钠与焦碳法生产甲酸钠成本比较
| 序号 | 名称 | 规格 | 合成氨联产甲酸钠法 | 焦碳法甲酸钠 | ||||
| 消耗定额(T/T) | 单价(元/T) | 金额(元/T) | 消耗定额(T/T) | 单价(元/T) | 金额(元/T) | |||
| 1 | 尾气 | CO22％ | 330M3/T折100％ | 0.5元/M3 | 165 | - | - | - |
| 2 | 焦碳 | 87％ | - | - | - | 0.32 | 1100 | 352 |
| 3 | 电 | 380V | 30度 | 0.6元/度 | 18 | 400度 | 0.6元/度 | 240 |
| 4 | 氢氧化钠 | 30％ | 1.86 | 650 | 1209 | 1.92 | 650 | 1240 |
| 5 | 循环水 | ＜38℃ | 200 | 0.03 | 6 | 200 | 0.03 | 6 |
| 6 | 水 | - | - | 50 | 1.2 | 60 | ||
| 7 | 蒸汽 | 0.8Mpa | 2 | 80 | 160 | 2 | 80 | 160 |
| 8 | 工资 | 10 | 20 | |||||
| 9 | 其它 | 30 | 30 | |||||
| 10 | 车间成本 | 1598 | 2100 | |||||
以下结合具体实施方式对本发明的详细内容作进一步描述。
具体实施方式
实施例1：一种以合成氨原料气中一氧化碳生产甲酸钠的新工艺，包括将净化原料气经一、二段压缩，不经变换或经部分变换，送至碳化工段脱除原料气中的二氧化碳，再经三、四段压缩至2.8Mpa，加热至145℃，在没有甲醇存在下，与已预热至145℃的氢氧化钠的水溶液混合进入管式反应器，在反应器内水煤气中一氧化碳与氢氧化钠水溶液反应生成甲酸钠水溶液，用于合成甲酸钠的净化原料气中的一氧化碳的体积浓度为5％，用于合成甲酸钠的氢氧化钠水溶液中氢氧化钠的重量浓度为8％，所采用的反应器是并流反应器，反应温度为145℃。未反应的一氧化碳体积浓度可控制在0.1％～6％，分离甲酸钠水溶液后的气体进入五、六段压缩至15～18Mpa后，用于甲醇的合成或直接进铜洗脱除剩余的一氧化碳，以达到合成氨原料气的质量要求。生成的甲酸钠水溶液用传统的浓缩、离心和干燥的工艺得到甲酸钠，其甲酸钠的含量可达98％，碳酸钠含量低于1％。
实施例2：一种以合成氨原料气中一氧化碳生产甲酸钠的新工艺，包括将净化原料气经一、二段压缩，不经变换或经部分变换，送至碳化工段脱除原料气中的二氧化碳，再经三、四段压缩至3.5Mpa，加热至165℃，与已预热至165℃的氢氧化钠的水溶液混合进入塔式反应器，在反应器内水煤气中一氧化碳与氢氧化钠水溶液反应生成甲酸钠水溶液，用于合成甲酸钠的净化原料气中的一氧化碳的体积浓度为20％，用于合成甲酸钠的氢氧化钠水溶液中氢氧化钠的重量浓度为15％，所采用的反应器是逆流反应器，反应温度为165℃。未反应的一氧化碳体积浓度可控制在0.1％～6％，分离甲酸钠水溶液后的气体进入五、六段压缩至15～18Mpa后，用于甲醇的合成或直接进铜洗脱除剩余的一氧化碳，以达到合成氨原料气的质量要求。生成的甲酸钠水溶液用传统的浓缩、离心和干燥的工艺得到甲酸钠，其甲酸钠的含量可达98％，碳酸钠含量低于1％。
在一氧化碳同氢氧化钠水溶液反应生成甲酸钠的过程中，为了减少原料气中的高浓度氢气对合成甲酸钠的影响，可在配制氢氧化钠的水溶液时加入不高于5％的甲醇。
实施例3：一种以合成氨原料气中一氧化碳生产甲酸钠的新工艺，包括将净化原料气经一、二段压缩，不经变换或经部分变换，送至碳化工段脱除原料气中的二氧化碳，再经三、四段压缩至4.5Mpa，加热至175℃，与已预热至175℃的氢氧化钠的水溶液混合进入管式和塔式反应器有机组合的组合反应器，在反应器内水煤气中一氧化碳与氢氧化钠水溶液反应生成甲酸钠水溶液，用于合成甲酸钠的净化原料气中的一氧化碳的体积浓度为35％，用于合成甲酸钠的氢氧化钠水溶液中氢氧化钠的重量浓度为25％，所采用的反应器是逆流反应和并流反应有机结合的逆、并流反应器，反应温度为175℃。未反应的一氧化碳体积浓度可控制在0.1％～6％，分离甲酸钠水溶液后的气体进入五、六段压缩至15～18Mpa后，用于甲醇的合成或直接进铜洗脱除剩余的一氧化碳，以达到合成氨原料气的质量要求。生成的甲酸钠水溶液用传统的浓缩、离心和干燥的工艺得到甲酸钠，其甲酸钠的含量可达98％，碳酸钠含量低于1％。
在一氧化碳同氢氧化钠水溶液反应生成甲酸钠的过程中，为了减少原料气中的高浓度氢气对合成甲酸钠的影响，可在配制氢氧化钠的水溶液时加入不高于5％的甲醇。
本发明的原理是：在合成氨生产中，水煤气中含有约1％～3％的二氧化碳和22％～30％一氧化碳，传统工艺是将水煤气除尘后，经压缩将一氧化碳用价格昂贵的变换触媒转变为二氧化碳，再采用氨水碳化法脱除二氧化碳，或用碳酸烯丙酯或其它方法脱除二氧化碳。本发明是将水煤气压缩后不经变换或经部分变换送至碳化脱除二氧化碳，再将脱除二氧化碳后的水煤气经压缩后，再在反应器中与氢氧化钠水溶液反应生成甲酸钠，未参与反应的氢气和氮气经后段压缩去生产合成氨。生成的甲酸钠水溶液用传统的浓缩、离心和干燥的工艺得到甲酸钠，其甲酸钠的含量可达98％，碳酸钠含量低于于1％。从而有效地脱除了合成氨原料气中的一氧化碳，大大降低了脱碳的操作运行成本，又将水煤气中对合成氨工艺中没有用的一氧化碳转变为价值较高的甲酸钠，并采用可行的方法排除了原料气中高浓度氢气对合成甲酸钠的影响，既是一种合成氨脱碳的新工艺，又是一种合成甲酸钠的廉价方法。与传统的以焦碳制一氧化碳或黄磷(电石)尾气中的一氧化碳法制甲酸钠比较，省去了原料气净化和压缩等费用，每吨甲酸钠可节约400～500元原料和运行费用，具有极大的经济效益和社会效益。
本发明工艺也适应于生产甲酸钾和甲酸钙。
本发明不局限于上述的具体生产工艺，只要采用将合成氨原料气除尘压缩成净化原料气不经变换或经部分变换，送至碳化工段脱除原料气中的二氧化碳，再经压缩至2.8～4.5Mpa，与氢氧化钠水溶液反应生成甲酸钠水溶液，未参与反应的氢气和氮气经后段压缩去生产合成氨的生产工艺，就落在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1、一种用合成氨原料气中一氧化碳生产甲酸钠的新工艺，包括将合成氨原料气除尘压缩成净化原料气，其特征是将净化原料气不经变换或经部分变换，送至碳化工段脱除净化原料气中的二氧化碳，再压缩至2.8～4.5Mpa后，与氢氧化钠水溶液反应生成甲酸钠水溶液，分离甲酸钠水溶液后的气体压缩后用于甲醇的合成或直接进铜洗脱除剩余的一氧化碳，以达到合成氨原料气的质量要求。
2、根据权利要求1所述的用合成氨原料气中一氧化碳生产甲酸钠的新工艺，其特征是用于合成甲酸钠的净化原料气中的一氧化碳的体积浓度为5％～35％。
3、根据权利要求1所述的用合成氨原料气中一氧化碳生产甲酸钠的新工艺，其特征是用于合成甲酸钠的氢氧化钠水溶液中氢氧化钠的重量浓度为8％～25％。
4、根据权利要求1所述的用合成氨原料气中一氧化碳生产甲酸钠的新工艺，其特征是在一氧化碳同氢氧化钠水溶液反应生成甲酸钠的过程中，为了减少原料气中的高浓度氢气对合成甲酸钠的影响，可在配制氢氧化钠的水溶液时加入0％～5％的甲醇。
5、根据权利要求1或2或3或4所述的用合成氨原料气中一氧化碳生产甲酸钠的新工艺，其特征是在一氧化碳同氢氧化钠水溶液反应生成甲酸钠的过程中，优选的反应温度为145～175℃。
6、根据权利要求1所述的用合成氨原料气中一氧化碳生产甲酸钠的新工艺，其特征是所采用的反应器可以是管式或塔式反应器，也可以是管式和塔式反应器的有机组合。
7、根据权利要求1所述的用合成氨原料气中一氧化碳生产甲酸钠的新工艺，其特征是所采用的反应器可以是逆流反应或并流反应，也可以是逆流反应和并流反应的有机结合。
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